鋰電池為何不能取代鉛酸電池
需求
目前鋰離子電(dian)池主要應用(yong)在手機、平板電(dian)腦等(deng)3C類電(dian)子產品領域,在已經商業化的(de)(de)電(dian)池中(zhong)具備(bei)最(zui)高的(de)(de)能(neng)量密(mi)度,但(dan)是仍然不能(neng)滿足人(ren)們的(de)(de)需求(qiu),為什么?歸結起來一句話,有限(xian)的(de)(de)空(kong)(kong)間(jian)內塞不進去更大(da)的(de)(de)電(dian)芯(xin)。人(ren)們對3C產品的(de)(de)體積、重(zhong)量有著嚴格的(de)(de)要求(qiu),所以能(neng)夠提供給電(dian)池的(de)(de)空(kong)(kong)間(jian)有限(xian)。
性能
盡管大家都公認鋰離(li)子(zi)電(dian)池(chi)有一統(tong)江湖的(de)趨勢,但是至少(shao)在兩(liang)個方面他是弱(ruo)于鉛酸電(dian)池(chi)的(de),而這兩(liang)點在汽(qi)車啟動(dong)電(dian)源上更是招(zhao)招(zhao)致命(ming):低溫(wen)性能(neng)和(he)大電(dian)流性能(neng)。
首先說低(di)(di)溫(wen)(wen)性能(neng),鉛酸電(dian)(dian)池在低(di)(di)溫(wen)(wen)下的(de)(de)放(fang)電(dian)(dian)性能(neng)其(qi)實還(huan)是很不錯的(de)(de),在-10℃的(de)(de)溫(wen)(wen)度(du)下以10C倍率(lv)放(fang)電(dian)(dian)時,10V以上的(de)(de)電(dian)(dian)壓(ya)保(bao)持時間能(neng)夠大(da)于90s,這足以應付中國絕大(da)多數地區的(de)(de)惡劣環境;而鋰(li)離子電(dian)(dian)池的(de)(de)低(di)(di)溫(wen)(wen)性能(neng)要差上許多,尤其(qi)是呼聲最高的(de)(de)LiFePO4(磷酸鐵鋰(li))材料,其(qi)低(di)(di)溫(wen)(wen)下的(de)(de)放(fang)電(dian)(dian)性能(neng)將會急劇(ju)衰減,在東(dong)北(bei)和西北(bei)地區很難實現實際應用(yong),或者說距(ju)離實際應用(yong)還(huan)有(you)很遠(yuan)的(de)(de)路要走。
安全性
啟動電源使用在(zai)(zai)汽(qi)車上大都(dou)是(shi)固定在(zai)(zai)發動機艙的位置,且具有較高的密閉性,因此安全性對汽(qi)車來說至關重(zhong)要,幾百安的電流瞬(shun)間釋放出來所帶來的熱量和潛(qian)在(zai)(zai)危險不(bu)言而喻。
鉛酸(suan)電(dian)池的(de)(de)安全性在(zai)目(mu)前的(de)(de)電(dian)池系統里屬于極(ji)(ji)高的(de)(de)等級(ji),首(shou)先,大電(dian)流性能優異意(yi)味著電(dian)池不容易發生意(yi)外;其次,即便發生意(yi)外,正負(fu)極(ji)(ji)材料都是(shi)鉛的(de)(de)化合物,而電(dian)解液(ye)(ye)還(huan)是(shi)硫酸(suan)溶液(ye)(ye),三者都不易燃,只能是(shi)導致(zhi)周圍的(de)(de)零部件燃燒。
鋰(li)離子電池的(de)(de)負極(ji)材料是(shi)石墨,碳材料的(de)(de)一(yi)(yi)(yi)種(zhong),易(yi)燃性(xing)就(jiu)不(bu)(bu)需要多(duo)說了。電解(jie)液是(shi)酯(zhi)類溶劑和鋰(li)鹽,酯(zhi)類溶劑不(bu)(bu)僅易(yi)燃而且還有(you)極(ji)強的(de)(de)揮(hui)發性(xing),一(yi)(yi)(yi)旦大(da)量(liang)放(fang)熱(re)或者在(zai)汽車碰撞時(shi)容(rong)(rong)易(yi)發生燃燒甚至爆炸,將事(shi)故推(tui)高一(yi)(yi)(yi)個(ge)等級,后果不(bu)(bu)堪設想。同時(shi),還有(you)一(yi)(yi)(yi)個(ge)重(zhong)要的(de)(de)因素不(bu)(bu)可忽略(lve),鋰(li)離子電池在(zai)大(da)電流(liu)放(fang)電時(shi)容(rong)(rong)易(yi)在(zai)負極(ji)形成(cheng)鋰(li)枝晶,刺穿隔膜導致電池內(nei)部短路進而爆炸,這在(zai)鋰(li)電界是(shi)一(yi)(yi)(yi)個(ge)共(gong)識。
其實其他(ta)的問(wen)題(ti)還有很多(duo),比如電池(chi)長期處于高(gao)荷電態(SOC)下(xia)帶(dai)來的電極材料穩(wen)定性等也是一個較(jiao)大(da)的問(wen)題(ti),目前關于其研究還不多(duo),許(xu)多(duo)機理還不清(qing)楚,等等,鋰離子電池(chi)的安全性問(wen)題(ti)太多(duo)了,在(zai)這(zhe)里(li)就不一一說(shuo)明了。
成(cheng)本
在(zai)成本上看,鉛酸(suan)電(dian)池(chi)的成本毫無(wu)疑問是最低(di)(di)的,無(wu)論(lun)是電(dian)極材料,電(dian)解液還是裝配環(huan)境要(yao)求等都遠(yuan)遠(yuan)低(di)(di)于鋰離子電(dian)池(chi)。
就電(dian)(dian)極材(cai)料(liao)而言(yan),鋰離(li)子(zi)電(dian)(dian)池電(dian)(dian)極材(cai)料(liao)大(da)都(dou)需(xu)要復雜的(de)工(gong)藝制(zhi)備,且(qie)要經過(guo)一個高(gao)溫熱處(chu)理過(guo)程(石(shi)墨(mo)化溫度(du)(du)大(da)于2000度(du)(du),正極材(cai)料(liao)也大(da)都(dou)需(xu)要七八百(bai)度(du)(du)),成(cheng)本大(da)都(dou)在15-20w/噸(dun)以上,石(shi)墨(mo)可能會(hui)(hui)低一些;鉛酸(suan)電(dian)(dian)池使(shi)用的(de)氧化鉛和硫酸(suan)鉛相對來說成(cheng)本會(hui)(hui)低很(hen)多。
電(dian)(dian)解(jie)液的(de)(de)話鋰離子(zi)電(dian)(dian)池使(shi)用(yong)多(duo)個(ge)酯(zhi)類溶劑(ji)價(jia)格較高(gao),而且(qie)對含水量有嚴(yan)格的(de)(de)要求,大(da)都在幾十個(ge)ppm以(yi)內,電(dian)(dian)解(jie)質鹽六氟磷酸(suan)鋰不(bu)僅貴而且(qie)還(huan)容易分(fen)(fen)解(jie),造(zao)成危險,分(fen)(fen)解(jie)產(chan)物之一就是恐(kong)怖的(de)(de)HF,百度一下即(ji)可知道它的(de)(de)危害(hai)!而鉛酸(suan)電(dian)(dian)池則是硫(liu)酸(suan)溶液,這個(ge)就不(bu)需要多(duo)說了吧。
環境
目前(qian)社會(hui)上的(de)(de)呼聲(sheng)大都說鉛酸電(dian)池污染環境,鋰離子(zi)電(dian)池對環境友(you)好等,其實這是一(yi)個很大的(de)(de)誤區,之前(qian)由(you)于南(nan)方小鉛酸電(dian)池廠太多不注意(yi)環保而大肆(si)排(pai)放(fang),而且(qie)加上國家想要縮減鉛酸電(dian)池的(de)(de)規模,大力發展新能源,因此媒體的(de)(de)論調(diao)也有(you)較(jiao)強的(de)(de)針對性,實際并非(fei)如此。
目前鉛(qian)酸電(dian)池(chi)相對于鋰離(li)子電(dian)池(chi)而言做得最好的(de)部分就是(shi)回(hui)收機(ji)制。現在(zai)鉛(qian)酸電(dian)池(chi)主要應(ying)用在(zai)電(dian)動自行(xing)車和啟動電(dian)源領域,這兩個領域都(dou)有很強的(de)針(zhen)對性,那(nei)就是(shi)用戶(hu)在(zai)換電(dian)池(chi)時(shi)都(dou)回(hui)到(dao)專門的(de)店里去更換,為什么?可以把舊電(dian)池(chi)折成錢買新的(de)啊!這些廢(fei)舊的(de)電(dian)池(chi)基本(ben)都(dou)會再回(hui)到(dao)專門的(de)鉛(qian)板回(hui)收工(gong)廠進行(xing)二次處理重新制備電(dian)極材(cai)料。
鋰離(li)子電(dian)(dian)池(chi)你(ni)見過有(you)專(zhuan)門的機構回收(shou)再用(yong)來制備電(dian)(dian)極材料嗎?原因如下(xia):第(di)一,鋰離(li)子電(dian)(dian)池(chi)應用(yong)領(ling)域太廣,這就(jiu)決定了(le)(le)(le)他的回收(shou)難(nan)度(du);第(di)二,鋰離(li)子電(dian)(dian)池(chi)大都是(shi)小型的,平常大家(jia)手機或者mp3等(deng)不用(yong)了(le)(le)(le)大都是(shi)直接扔了(le)(le)(le)或者賣(mai)了(le)(le)(le),這些電(dian)(dian)池(chi)最后基本都躺在了(le)(le)(le)垃圾桶里面(mian)。
雖(sui)然鋰離子電池里面(mian)重金屬較少,只有正(zheng)極材料含有鈷(gu)金屬,但是扛不(bu)住(zhu)全世界這么大的(de)用戶(hu)體(ti)量啊,長期來看(kan),這還是個問題,所以總的(de)來看(kan)鉛酸電池只要在制造過程(cheng)中(zhong)注意好相關的(de)環保措施是沒有問題的(de),因(yin)為在使用中(zhong)都是密封(feng)免維護的(de),最終又會(hui)有相對(dui)應的(de)回(hui)收機制。
總結
其實鉛酸(suan)電池(chi)絕對算是(shi)化學電源(yuan)界的(de)一(yi)顆常青樹,誕(dan)生(sheng)至今已經有一(yi)百多年了,近年來雖(sui)然一(yi)直說(shuo)要(yao)用鋰離子電池(chi)來取(qu)(qu)代,但是(shi)我覺得在一(yi)些領域暫(zan)時是(shi)根本無法(fa)取(qu)(qu)代的(de),至少三五十年內是(shi)不可(ke)能的(de)。
大家要(yao)用(yong)發展的(de)眼光看問題,鉛(qian)酸電(dian)(dian)池的(de)研究也一直(zhi)在(zai)進步,目(mu)前在(zai)汽車啟動電(dian)(dian)源領(ling)域依然是無敵的(de)存在(zai),鋰離子電(dian)(dian)池還(huan)有很(hen)長的(de)路(lu)要(yao)走,還(huan)年(nian)輕(qing),希望(wang)日后能有更高端的(de)電(dian)(dian)池出現(xian)并取代之!
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